孫小永，遲大亮，陶瑛，李明，王暉

1 前言

當(dāng)前水泥業(yè)主對水泥項目結(jié)構(gòu)工程的要求日趨多元化，如某水泥項目應(yīng)業(yè)主要求，預(yù)熱器采用傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，而當(dāng)前水泥行業(yè)中普遍采用的是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案較之混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方案更易于施工組織與設(shè)備安裝，且項目建設(shè)期短。因此，如何在滿足業(yè)主要求的前提下，創(chuàng)新設(shè)計理念，優(yōu)化施工方案，提升項目效益是我們當(dāng)前應(yīng)重點研究的問題。

結(jié)構(gòu)施工設(shè)計方案的選擇對水泥EPC項目的整體建設(shè)周期有很大影響，應(yīng)從設(shè)計方案源頭著手，對設(shè)計理念進行創(chuàng)新，以先進的施工工藝引導(dǎo)設(shè)計，通過設(shè)計推動施工工法創(chuàng)新，從而實現(xiàn)設(shè)計與施工的有機結(jié)合，提升項目整體效益。

2 設(shè)計理念的創(chuàng)新

在水泥工程項目中，預(yù)熱器整體建筑高度一般在100～120m，受工藝影響樓層層高一般在10～15m之間，個別跨度較大。我們決定從以下三個方面對傳統(tǒng)設(shè)計進行創(chuàng)新。

2.1 施工引導(dǎo)設(shè)計

2.1.1 當(dāng)前高層建筑施工工法分析

在設(shè)計方案研討及確定前，應(yīng)結(jié)合當(dāng)前成熟、先進的施工工藝，對結(jié)構(gòu)設(shè)計選型進行分析、論證，從設(shè)計源頭進行控制，使結(jié)構(gòu)易于施工，利于將藍圖轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶓w。

高層建筑常用施工工法見表1。通過對表1中高層建筑對應(yīng)施工工法的分析及篩選，第3、4項滑模及爬模工藝較適用于預(yù)熱器結(jié)構(gòu)的施工。

2.1.2 預(yù)熱器結(jié)構(gòu)的設(shè)計

在預(yù)熱器結(jié)構(gòu)初設(shè)階段應(yīng)使其結(jié)構(gòu)滿足滑模及爬模工藝施工工法的施工需求。

表1 高層建筑常用施工工法

（1）結(jié)構(gòu)初設(shè)階段

結(jié)合預(yù)熱器工藝布置要求，15.25m以下作為空壓機站及電氣室使用，樓板仍采用混凝土樓板；15.25m以上樓層內(nèi)部樓板采用組合樓板，以滿足爬模/滑模施工工藝要求。

建筑物外墻采用框剪結(jié)構(gòu)，使其更適合滑模/爬模施工工藝要求。

由工藝人員審核布置方案，最終確定預(yù)熱器結(jié)構(gòu)初設(shè)方案，初設(shè)詳細參數(shù)見圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)初設(shè)詳細參數(shù)

（2）詳細設(shè)計階段

在初設(shè)的基礎(chǔ)上，收集各類資料，開展結(jié)構(gòu)建模的詳細設(shè)計工作。

2.2 設(shè)計推動施工工法創(chuàng)新

完成結(jié)構(gòu)初設(shè)方案并不代表設(shè)計方案及施工方案已完全確認并定型，需對初設(shè)方案進行詳細的再論證工作，并結(jié)合再論證結(jié)論修正設(shè)計及施工方案，必要時需對工法進行變革。

在本項目中，經(jīng)2.1部分論述，在結(jié)構(gòu)初設(shè)時已使豎向剪力墻、柱滿足滑模、爬模施工工藝要求，但部分梁、板等水平構(gòu)件仍需設(shè)定施工方案。本項目施工由滑模、爬模構(gòu)成的主施工和由梁、板構(gòu)成的附屬施工兩部分組成。

方案再論證內(nèi)容見圖2，通過分析及再論證可以確認采用爬模工藝更為科學(xué)合理，且為滿足水泥項目的特點對梁部位的施工工藝進行了專項開發(fā)。

2.3 設(shè)計與施工相結(jié)合

通過以上分析可以看出，設(shè)計與施工是相輔相成的，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)先進、科學(xué)以及利于項目屬地（針對于國際工程）的施工工藝的實施；同時，應(yīng)創(chuàng)新與開發(fā)具有水泥項目特色的施工工藝，以設(shè)計推動施工工法的革新，從而提升項目的綜合效益。

3 預(yù)熱器框剪結(jié)構(gòu)施工方案的整體設(shè)定、論證及開發(fā)定型

3.1 主爬模工藝設(shè)定

在初步論證及再論證的基礎(chǔ)上，確定預(yù)熱器施工的主爬模工藝，使其滿足剪力墻及柱的施工要求。

3.1.1 分區(qū)域布置

根據(jù)預(yù)熱器剪力墻及柱布置結(jié)構(gòu)特點，對爬模架體進行分區(qū)布置，重點考慮如下因素：

（1）剪力墻及柱陰陽轉(zhuǎn)角處平臺斷開，避免架體變形。

（2）結(jié)合人員通道和混凝土澆筑需求，將上部通道進行必要的連通。

3.1.2 爬模機位布置

圖2 方案再論證

（1）機位布置空間要求：由下至上混凝土連續(xù)、貫通，具有500mm以上寬度。

（2）機位間間距要求：通常掛點間距應(yīng)＜5m，因本項目特點，梁跨距＞5m，需通過加大鋼梁、桁架方式進行連接。

（3）爬升能力計算：根據(jù)各層平臺荷載值，計算爬升機位數(shù)量及布置位置，經(jīng)計算，最終布置36個機位。分區(qū)控制模塊及爬模機位布置見圖3。

3.1.3 模板配置計算

根據(jù)爬模特點，柱及剪力墻豎向連續(xù)性構(gòu)件側(cè)向模板固定于模架主平臺之上，需進行平面及高度布置。

（1）模板平面布置：主要由構(gòu)件尺寸決定，其側(cè)模固定于架體上，柱及剪力墻端部模板則用塔吊輔助安裝。

（2）模板高度主要由樓層高度及每層施工次數(shù)確定，本項目擬定每樓層倒模次數(shù)≯4次，即梁1次+柱/剪力墻≯3次，經(jīng)綜合計算，模板配合高度以4.5m為宜。

3.2 梁部位施工工藝的設(shè)定

3.2.1 梁底支設(shè)方式設(shè)定

前2.2項中已分析，采用搭設(shè)傳統(tǒng)腳手架支撐梁底方式無法滿足水泥項目預(yù)熱器結(jié)構(gòu)施工需求，需進行專項創(chuàng)新開發(fā)工作。經(jīng)分析，梁底支設(shè)采用如下方式，具體方案設(shè)定如下：

（1）采用鋼梁作為梁底支撐，規(guī)避腳手架作業(yè)。

（2）混凝土柱、剪力墻側(cè)面設(shè)置牛腿，與鋼梁連接，承擔(dān)梁施工荷載。

（3）輔助支撐有獨立支撐及斜支撐兩種設(shè)置方式，根據(jù)梁跨度及梁高確定是否設(shè)置獨立支撐；根據(jù)梁跨及梁底鋼梁選型確定是否設(shè)置梁底斜支撐。

（4）梁底支設(shè)方式見圖4。

3.2.2 梁施工工藝及設(shè)備專項開發(fā)

（1）通用部件的開發(fā)

通用部件包括牛腿及調(diào)整件兩部分，具體形式見圖5。

圖3 分區(qū)控制模塊及爬模機位布置

圖4 梁底支設(shè)方式

圖5 通用部件設(shè)置方式

牛腿設(shè)置方式：引入當(dāng)前先進的預(yù)埋技術(shù)，對牛腿設(shè)置方式進行專項開發(fā)。新方法既降低了施工難度，又提升了牛腿的周轉(zhuǎn)率，經(jīng)初步估算，周轉(zhuǎn)后單組牛腿成本不到20元/套。

調(diào)整件的開發(fā)：更改建筑中常采用的螺旋頂撐方式，在個別部位采用千斤頂作為支撐調(diào)整件，提升拆裝速度。

（2）短跨度梁

因長軸向短跨梁梁兩側(cè)均有爬模架體，若能充分利用爬模架體進行梁底模及側(cè)模安裝拆除施工，則既可提升施工效率，減少塔吊占用率，又可降低安全風(fēng)險。模架的專項開發(fā)內(nèi)容如下：

模改1：在上層模架上掛裝梁側(cè)模模板，利用電動葫蘆或手動葫蘆進行梁模板側(cè)模拆裝工作。

模改2：梁部位內(nèi)側(cè)主平臺位置爬架距離墻體由200mm移至600～700mm（由梁底模厚度決定）。

通過以上改裝可實現(xiàn)，利用上部電動葫蘆整體拆裝梁底模及梁側(cè)模至上層平臺。改造后，模板拆裝工作更為簡便，操作流程更為合理，短跨度梁模改示意圖見圖6。

圖6 短跨度梁模改示意圖

（3）跨度12.6m梁

本項目短軸方向的12.6m跨度梁，是本方案設(shè)定的一個難點，其施工設(shè)計方案由水泥工藝特點及項目綜合效益點決定。對該12.6m跨度梁的施工方案的專項開發(fā)，其開發(fā)程序及設(shè)定要素見圖7。

a獨立頂撐

獨立頂撐采用型鋼格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，參照塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)方式進行設(shè)計計算，保證整體支撐承載力。

頂部連接件設(shè)置從滿足穩(wěn)定性要求和滿足分節(jié)快拆體系兩方面考慮，此點作為本次創(chuàng)新開發(fā)關(guān)鍵點，在混凝土強度達到75%時即可實現(xiàn)模板分段拆除。此處首創(chuàng)在頂部設(shè)置三組獨立頂撐系統(tǒng)，將12.6m跨度梁分割成“2大跨+1小跨”模式，將梁跨度限定在8m范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)兩個大跨度梁在混凝土強度為75%時即可拆模；同時，考慮到梁支設(shè)的整體穩(wěn)定性和提升調(diào)節(jié)行程，獨立頂撐上部采用傳統(tǒng)U型頂托作為調(diào)整件。頂部支撐設(shè)置方式見圖8。

底部連接設(shè)置也是從穩(wěn)定性及快速拆除易于周轉(zhuǎn)使用兩方面考慮。為滿足以上兩方面要求，底部連接采用了預(yù)埋螺栓及銷栓固定相結(jié)合的方式進行設(shè)置。

為便于施工過程中的安裝拆除及安全工作，結(jié)合安裝拆除時間合理設(shè)置施工通道。根據(jù)當(dāng)?shù)販囟燃皾穸惹闆r，75%強度按照7d進行考慮，100%強度按照14d進行考慮。該12.6m跨度梁兩側(cè)模板可與短跨梁同期拆除，而獨立頂撐及對應(yīng)的小段模板將在上層梁澆筑完成后（預(yù)計16d）進行拆除及周轉(zhuǎn)。為滿足施工通道及整體拆裝需求，需在獨立頂撐內(nèi)部設(shè)置上下直爬梯。

b配套模板

為滿足以上大跨度梁分節(jié)快拆體系要求，除對以上獨立頂撐進行三組獨立頂撐開發(fā)外，仍需對配套模板進行相應(yīng)配置。

牛腿：調(diào)整件獨立頂撐自帶牛腿（不計），而梁側(cè)墻仍采用周轉(zhuǎn)掛裝式牛腿。

調(diào)整件：獨立頂撐調(diào)節(jié)件因涉及到梁中部穩(wěn)定性以及保證后續(xù)獨立頂撐拆除向上移動的整體行程，故采用傳統(tǒng)式螺旋頂撐，梁側(cè)墻處則采用千斤頂頂撐。

模板分段與獨立頂撐三組頂撐件配套，底部支撐鋼梁及模板采用分節(jié)分段設(shè)置，具體見圖9。

圖7 開發(fā)程序及設(shè)定要素

3.3 施工方案最終定型

在主爬模工藝以及從屬梁的施工工藝最終定型前，仍需考慮兩種施工工藝是否相互沖突以及施工是否配套的問題。

3.3.1 兩種施工工藝沖突性

由兩種施工工藝不難看出，在梁底拆除預(yù)設(shè)7d的情況下，爬模底層掛架已經(jīng)高出梁兩端的牛腿位置（尤其是12.6m大梁位置），對拆除不利，需適當(dāng)加長爬模下部吊架。經(jīng)計算，以加長1.8～2.2m為宜。

對于柱及剪力墻間的短跨度梁，考慮梁模板拆除便利性，宜將底部吊架貫通，同時也可適當(dāng)減少爬模各層架體之間的上下爬梯。

3.3.2 施工配套

圖8 頂部支撐設(shè)置方式

圖9 配套梁底支撐鋼梁及模板分段示意圖

除以上主施工工藝及附屬施工工藝研究和設(shè)定外，為保證施工有序，還需進行相應(yīng)的施工配套準(zhǔn)備，如配套塔吊、混凝土輸送及澆筑、上人通道、吊裝工具以及對應(yīng)爬模的專用施工工具準(zhǔn)備。在此僅敘述混凝土輸送與澆筑考慮、專用吊裝工具及爬模專用工具三方面。

（1）混凝土輸送與澆筑

受預(yù)熱器結(jié)構(gòu)型式及高度限制，本項目采用混凝土地泵+布料機進行混凝土布料。在爬模頂部架體上設(shè)置兩個臂長18m的固定混凝土布料機，布料機布置見圖10。

圖10 布料機布置

圖11 整體施工流程安排

（2）專用吊裝工具及爬模專用工具

對12.6m跨度梁及相應(yīng)的獨立頂撐系統(tǒng)，其拆除工具按照臺模拆除工具進行開發(fā)，同時項目應(yīng)配備爬模專用工具，如爬錐卸具及棘輪扳手。

3.3.3 確定整體施工流程控制

以上工作完成后，該施工工藝工法可予以整理定型，并安排總體施工作業(yè)流程，具體見圖11。

4 結(jié)語

對本項目的預(yù)熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，在設(shè)計之初通過合理引入先進施工工藝，達到了用施工引導(dǎo)設(shè)計的效果。同時，設(shè)計也推動了施工工法的變革，不僅大幅降低了項目整體投入，而且提高了施工操作的安全性，施工作業(yè)更趨簡便，施工效率更高，做到了設(shè)計與施工的有機結(jié)合，也有利于國際工程的屬地化實施。